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1、 XX公寓基坑支护设计计算书 1 工程概况 拟建工程场区位于XX市XX路南侧，国家级旅游胜地—XX浴场以北，XX城正南。设计单位提供拟建物特征：地上30层，高99．80m，地下4层，层高3.9～5.1m，层总高18．60m；地上建筑均面积38372m2 ，地下建筑面积6382 m2 ，设计室内地坪±0.00=5.45m(黄海高程)；框筒结构，单轴力30000kN；地下室外墙长约54m，宽约44m。 根据基础设计资料，可知基坑开挖深度(相对于室内0m)为20.6m。 1.1 环境条件 XX公寓周边环境情况如图1所示。基坑东侧地下室外墙线距用地红线的距离从3.1m到5.6m
2、基坑南侧地下室外墙线距用地红线最近为3.0m，基坑西侧地下室外墙线距离用地红线约3.0m，基坑北侧地下室外墙线距离用地红线约从3.5m至9.1m，可考虑作为一些材料的加工场地等。 基坑东侧基本上为XX地产，多为2、7层砖混结构，最近距用地红线约5.0m。基坑南侧和西侧基本上均为XX山庄的砖混建筑结构，其中在基坑南侧（偏东）有一4层砖混结构，距离用地红线1.42m，在基坑西侧分别有一4层和7层砖混结构，距离用地红线分别约为10.2m和6.8m，这些建筑的基础埋深2m，基础下部为左右的筏板基础或换土强夯地基。基坑的北侧主要为道路和市政管线，用地红线距XX路红线最近约为15.4m。 基坑东侧在
3、红线内部有两条热力管线，最近距红线0.2m，埋深1.2m，贯穿基坑；红线外侧约2.0m处有一电力管线，埋深 0.65m；红线外侧约7.2m和8.2m处有煤气管线，埋深约0.7m.基坑南侧红线内部约1.6m处有一污水线，埋深1.5m，一电信管线穿越用地红线，埋深0.5～0.8m.基坑西侧在红线外侧约1.4m处有电信管线，埋深0.8m，推测污水管线和雨水管线距离红线分别约3.6m和5.4m，此外已探明有一污水管线距红线约5.4m，埋深0.7～1.4m，在红线内侧约3.5m处存在一推测给水管线贯穿基坑。基坑北侧有一电信管线穿越用地红线，埋深约0.15m，红线外侧约2.0m处有给水管线，埋深约1.6m
4、 图1 基坑总平面图 1.2 工程地质及水文地质条件 拟建场区内地形平坦，地面标高：5.06～5.48m，场区位于XX平原地貌单元，第四系较发育，表层后经人工改造整平。钻探揭示：场区主要有第四系全新统人工填土、海相沉积层，上更新统冲洪积层组成，积岩为燕山晚期粗粒花岗岩和后期侵入的煌斑岩。地层编号采用《XX市区第四系层序划分》标准地层层序编号。自上而下的层序如下： （1）素填土 广泛分布于场区内 层厚2.60～3.70m，平均厚度3.3m，层底标高：1.50～2.80m。黄褐色，松散，以回填土花岗岩风化碎屑、粗砂为主，夹有建筑垃圾，混10%-20%粘性土，表面为约
5、20cm厚的块石地面。 （2）粉砂 广泛分布于场区内，场区西北角发育厚度较薄。层厚0.50～3.90m，平均厚度2.1m，层底标高：-1.1～1.11m。黄褐色，饱和，稍密，矿物主要为长石，石英，颗粒分选良好，磨圆一般，级配较差，砂质较纯。 （3）淤泥质粉砂 广泛分布于场区内。 层厚：2.50～6.00m，平均厚度4.1m，层底标高：-5.80～-2.94m。 灰褐色，饱和，松散～稍密，以石英质粉砂为主，分选较好，级配较差，混10%～20%灰色粘性土，见有大量贝壳，有腐烂植物根系，局部为粉土。 （4）粉质粘土 广泛分布于场区内，局部缺失。 层厚：1.00～3.50m，平均厚度
6、1.8m，层底标高：-8.30～-4.52m； 灰褐色～灰黑色，饱和，稍密，软塑～可塑，见有贝壳和腐烂根系，含10%～20%的粉细砂，局部为粉砂，有机质含量最大4.0%。 （5）粗砂 广泛分布于场区内。 厚度：0.70～4.30m，平均厚度2.1m，底层标高：-9.44～-4.44m。 灰褐色～褐色，饱和，松散～稍密，局部中密，分选一般，磨圆中等，含粘性土10～25%，见有贝壳。 （6）粉质粘土 呈透镜体状，主要分布于场区西侧。层厚：1.70～5.40m，平均厚度3.2m，底层标高：-10.80～-8.94m。 灰褐色，可塑，湿，中等压缩性，颗粒细腻，无光泽，干强度较低，见有腐
7、烂植物根系，局部含10%～20%中粗砂。 （7）角砾 广泛分布于场区内。 厚度：0.60～2.10m，平均厚度1.2m，底层标高：-12.20～-9.94m. 黄褐色，饱和，中密～密实，以石英长石角砾为主，颗粒分选差，磨圆差，夹有10～30%的碎石，粒径1～10cm，局部夹有10～25%的粘性土，泥质半胶结状，锤击钻探困难。 （8）基岩 分为强风化、中等风化以及微风化～未风化带，基岩为花岗岩，肉红色。 上述岩土层分布自上而下如表1： 表1 各土层物理力学参数 层次 土层 累计厚度（m） 平均厚度 （m） 容重 （KN/m3） C （kpa） φ （0）
8、1 素填土 3.3 3.3 20.0 0 12 2 粉砂 5.4 2.1 18 6 25 3 淤泥质粉砂 9.5 4.1 17.0 15 12 4 粉质粘土 11.3 1.8 20.0 17.0 14.2 5 粗砂 13.4 2.1 20.0 0 25 6 粉质粘土 16.6 3.2 20.5 18.0 16.5 7 角砾 17.8 1.2 20.0 0 30 8 强分化花岗岩 - 以下 23 10 50 大气降水是场区地下水的主要补给来源，地下水由北向南径流，勘察期间钻孔地下水
9、稳定水位埋深2.80～3.20m，水位标高：2.0～2.4m。根据长期水文观测资料分析，XX地区年水位变幅2.0m左右。 2 基坑支护设计 2.1 方案选型 根据基坑周边环境、地质状况及开挖深度，经过比选后，确定了如下支护方案：基坑支护主要采用钻孔灌注桩与预应力锚杆组合的支护方式；②场区地下水丰富，水位较高，采用高压旋喷桩止水帷幕止水，坡顶采用混凝土硬化并设置截水沟，防止大气降水流入基坑或渗入坑侧土体。 图2 基坑支护平面布置图 2.2 设计计算 本工程主要采用了以下方法进行设计计算：支护结构内力、变形计算采用增量法；钻孔灌注桩的配筋计算采用沿圆形截面周边均匀配筋、
10、沿长度方向根据计算弯矩分段配筋的方法(见建筑基坑支护技术规程附录D)；锚杆的设计主要进行了锚杆类型、材料的选择、锚杆的截面面积、锚固段长度、自由段长度计算和锚杆的刚度计算；整体稳定性验算采用瑞典条分法；进行了抗倾覆、抗滑移、抗隆起、抗管涌等验算。 2.3 主要设计技术参数 高压旋喷桩中心间距1.2m/1.0m，设计桩径不小于1200mm，桩端进入隔水层0.5m以上，采用三重管工艺； 钻孔灌注桩直径1000mm，间距1.2m，嵌固深度不小于6m，桩顶冠梁宽800mm，高600mm ； 考虑到该地层施工过程中容易造成涌砂冒水，土层预应力锚杆采用自钻式锚杆、入岩的预应力锚杆采用钢绞线，设
11、计中锚固体摩阻力取值考虑二次高压注浆，施工中采用了二次高压注浆工艺，各个单元锚杆技术参数、标高详见图3。 图3 基坑支护典型剖面图（不包括止水帷幕） 2.4 内力计算及主要技术参数 2.4.1 基本信息 内力计算方法 增量法 规范与规程 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99 基坑等级 一级 基坑侧壁重要性系数γ0 1.10 基坑深度H(m) 20.600 嵌固深度(m) 6.500 桩顶标高(m) 0.000 桩直径(m) 1.000 桩间距(m) 1.200 混凝土强度等级 C30 有无冠梁 有 ├冠梁宽度(m)
12、 0.800 ├冠梁高度(m) 0.600 └水平侧向刚度(MN/m) 3.823 放坡级数 0 超载个数 1 2.4.2 超载信息 超载 类型 超载值 作用深度 作用宽度 距坑边距 形式 长度 序号 (kPa,kN/m) (m) (m) (m) (m) 1 10.000 0.000 10.000 0.500 --- --- 2.4.3 土层信息 土层数 8 坑内加固土 否 内侧降水最终深度(m) 22.000 外侧水位深度(m) 2.000 内侧水位是否随开挖过程变化 否
13、 弹性法计算方法 m法 2.4.4 土层参数 层号 土类名称 层厚 重度 浮重度 粘聚力 内摩擦角 (m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 1 素填土 3.30 20.0 10.0 0.00 12.00 2 粉砂 2.10 18.0 10.0 6.00 25.00 3 淤泥质粉砂 4.10 17.0 7.0 15.00 12.00 4 粉质粘土 1.80 20.0 10.0 17.00 15.30 5 粗砂 2.10 20.0 10.0 0.00 25
14、00 6 粉质粘土 3.20 20.5 10.0 18.00 16.50 7 角砾 1.20 20.0 10.0 0.00 30.00 8 强风化岩 15.00 23.0 10.0 10.00 50.00 层号 与锚固体摩 粘聚力 内摩擦角 水土 计算m值 抗剪强度 擦阻力(kPa) 水下(kPa) 水下(度) (MN/m4) (kPa) 1 17.0 0.00 12.00 合算 1.68 --- 2 40.0 6.00 25.00 分算 10.60 --- 3 25.0 15.0
15、0 12.00 合算 3.18 --- 4 60.0 17.00 14.00 分算 4.22 --- 5 120.0 0.00 25.00 分算 10.00 --- 6 55.0 18.00 16.50 分算 5.59 --- 7 230.0 0.00 30.00 分算 15.00 --- 8 300.0 10.00 50.00 分算 46.00 --- 2.4.5 支锚信息 支锚道数 6 支锚 支锚类型 水平间距 竖向间距 入射角 总长 锚固段 道号 (m)
16、 (m) (°) (m) 长度(m) 1 锚杆 2.000 0.500 25.00 32.00 18.00 2 锚杆 2.000 3.500 30.00 32.00 19.00 3 锚杆 2.000 3.500 30.00 30.00 20.00 4 锚杆 2.000 3.500 30.00 26.00 18.00 5 锚杆 2.000 3.000 30.00 24.00 17.00 6 锚杆 2.000 3.000 30.00 20.00 15.00 支锚 道号 预加力 (kN) 支锚刚
17、度 (MN/m) 锚固体 直径(mm) 工况 号 抗拉力 (kN) 锚固力调整系数 材料抗力（KN） 材料抗力调整系数 1 200.00 15.00 150 2～ 1.00 1.0 100.00 1.10 2 200.00 30.00 150 4～ 1.00 1.0 100.00 1.10 3 200.00 30.00 150 6～ 1.00 1.0 100.00 1.10 4 200.00 30.00 150 8～ 1.00 1.0 100.00 1.10 5 200.00 30.00 150
18、 10～ 1.00 1.0 100.00 1.10 6 200.00 30.00 150 12～ 1.00 1.0 100.00 1.10 2.4.6 土压力模型及系数调整 弹性法土压力模型: 经典法土压力模型: 层号 土类名称 水土 水压力 主动土压力 被动土压力 被动土压力 调整系数 调整系数 调整系数 最大值(kPa) 1 素填土 合算 1.000 1.080 0.980 10000.000 2 粉砂 分算 1.000
19、 1.070 0.992 10000.000 3 淤泥质土 合算 1.000 1.020 0.907 10000.000 4 粘性土 分算 1.000 1.100 0.988 10000.000 5 粗砂 分算 1.000 1.040 0.950 10000.000 6 粘性土 分算 1.000 1.120 0.990 10000.000 7 角砾 分算 1.000 1.010 0.960 10000.000 8 强风化岩 分算 1.000 1.010 0.980 10000.000 2.4.7 各工
20、况计算结果 各工况位移、弯矩、和剪力图见图4，内力位移包络图见图5，地表沉降见图6。 图4 各工况位移、弯矩、和剪力图 图5 内力位移包络图 图6 地表沉降图 2.4.8 截面设计及配筋 冠梁选筋结果： 钢筋级别 选筋 As1 HRB335 2D16 As2 HRB335 2D16 As3 HPB235 d8@200 环梁选筋结果： 钢筋级别 选筋 As1 HPB235 1d12 As2 HPB235
21、 1d12 As3 HPB235 d12@200 截面参数： 桩是否均匀配筋 是 混凝土保护层厚度(mm) 35 桩的纵筋级别 HRB335 桩的螺旋箍筋级别 HRB335 桩的螺旋箍筋间距(mm) 150 弯矩折减系数 0.85 剪力折减系数 1.00 荷载分项系数 1.25 配筋分段数 一段 各分段长度(m) 27.10 内力取值： 段 号 内力类型 弹性法计算值 经典法计算值 内力设计值 内力实用值 1 基坑内侧最大弯矩(kN.m) 1466.32 1728.05 1713.76 1713.76
22、 基坑外侧最大弯矩(kN.m) 1670.97 1648.42 1952.95 1952.95 最大剪力(kN) 928.70 836.29 1276.96 1276.96 段 选筋类型 级别 钢筋 实配[计算]面积 号 实配值 (mm2或mm2/m) 1 纵筋 HRB335 24D32 19302[17525] 箍筋 HRB335 D14@150 2053[1908] 加强箍筋 HRB335 D14@2000 154 锚杆计算 锚杆参数： 锚杆钢筋级别 HRB400 锚索材料强
23、度设计值(MPa) 1220.000 锚索采用钢绞线种类 1 × 7 锚杆材料弹性模量(×10^5 MPa) 2.000 锚索材料弹性模量(×10^5 MPa) 1.950 注浆体弹性模量(×10^4MPa) 3.000 土与锚固体粘结强度分项系数 1.300 锚杆荷载分项系数 1.250 锚杆内力： 支锚道号 锚杆最大内力 锚杆最大内力 锚杆内力 锚杆内力 弹性法(kN) 经典法(kN) 设计值(kN) 实用值(kN) 1 275.19 158.37 217.76 217.76 2 574.20 421.74 579.8
24、9 579.89 3 833.09 792.98 1090.35 1090.35 4 952.54 769.43 1057.97 1057.97 5 930.26 446.39 613.79 613.79 6 808.36 1546.32 2126.19 2126.19 锚杆自由段长度计算简图如图7。 图7 锚杆自由段长度计算简图 支锚道号 支锚类型 钢筋或 自由段长度 锚固段长度 实配[计算]面积 锚杆刚度 钢绞线配筋 实用值(m) 实用值(m) (mm2) (MN/m) 1 锚杆 1E32
25、 14.0 18.0 804[775] 8.55 2 锚杆 2E40 13.0 19.0 2513[2160] 23.09 3 锚杆 4E36 10.0 20.0 4072[4061] 42.29 4 锚杆 4E36 8.0 18.0 4072[3941] 50.91 5 锚杆 2E40 7.0 17.0 2513[2286] 37.79 6 锚杆 7E40 5.0 15.0 8796[7920] 141.23 整体稳定验算： 计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法 条分法中的土条宽度: 0.4
26、0m 滑裂面数据 整体稳定安全系数 Ks = 3.288 圆弧半径(m) R = 25.012 圆心坐标X(m) X = -5.827 圆心坐标Y(m) Y = 17.562 ---------------------------------------------------------------------- 抗倾覆稳定性验算： ---------------------------------------------------------------------- 抗倾覆安全系数: Mp——被动土压力及支点力对桩底的弯矩, 对于内支撑支点力由内
27、支撑抗压力 决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。 Ma——主动土压力对桩底的弯矩; 注意：锚固力计算依据锚杆实际锚固长度计算。 序号 支锚类型 材料抗力(kN/m) 锚固力(kN/m) 1 锚杆 176.935 262.812 2 锚杆 552.920 665.389 3 锚杆 895.731 928.341 4 锚杆 895.731 1048.035 5
28、 锚杆 552.920 1191.763 6 锚杆 1935.221 1060.288 Ks = 1.688 >= 1.200, 满足规范要求。 ---------------------------------------------------------------------- 抗隆起验算： ---------------------------------------------------------------------- Prandtl(普朗德尔)公式(Ks >= 1.1～1
29、2)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部): Ks = 84.355 >= 1.1, 满足规范要求。 Terzaghi(太沙基)公式(Ks >= 1.15～1.25)，注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97(冶金部): Ks = 109.764 >= 1.15, 满足规范要求。 隆起量的计算： 注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理! 式中 δ———基坑底面向上位移(mm); n———从基坑顶面到
30、基坑底面处的土层层数; ri———第i层土的重度(kN/m3)； 地下水位以上取土的天然重度(kN/m3)；地下水位以下取土的饱和重度(kN/m3); hi———第i层土的厚度(m); q———基坑顶面的地面超载(kPa); D———桩(墙)的嵌入长度(m); H———基坑的开挖深度(m); c———桩(墙)底面处土层的粘聚力(kPa); φ———桩(墙)底面处土层的内摩擦角(度); r———桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度(kN/m3); δ = 0(mm) --------------------------
31、 抗管涌验算： ---------------------------------------------------------------------- 抗管涌稳定安全系数(K >= 1.5): 式中 γ0———侧壁重要性系数; γ'———土的有效重度(kN/m3); γ———地下水重度(kN/m3); h'———地下水位至基坑底的距离(m); D———桩(墙)入土深度(m)。 K = 1.573 >= 1
32、5, 满足规范要求。 ---------------------------------------------------------------------- 承压水验算： ---------------------------------------------------------------------- 式中 Pcz———基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(kN/m2); Pwy———承压水层的水头压力(kN/m2); Ky———抗承压水头的稳定性安全系数，取1.5。 Ky = 44.20/30.00
33、 1.47 >= 1.05 基坑底部土抗承压水头稳定! 2.5 主要的施工工艺 钻孔泵送砼灌注桩的施工工艺流程 高压旋喷桩止水帷幕的施工工艺流程 冠梁的施工工艺流程 预应力锚杆的施工工艺流程 3 施工过程中遇到的主要技术问题及解决方案 钻孔桩施工过程中，民航厨房周边位置遇地下障碍物、污水管道和自来水管道，钻孔灌注桩无法达到设计深度。经专家讨论，该位置取消钻孔灌注桩设置了双排加钢管旋喷桩，在拐角位置设置角撑如图9所示。该部位监测资料表明，该方案合理有效，保证了民航大厦厨房的正常运营。 锚杆施工过程中，局部地层遇2～3m厚粗砂层，且水头较高，锚杆成孔时容
34、易产生涌砂冒水现象，导致地面塌陷。为解决此问题，砂层中施工采用特制的自进式锚杆和二次高压注浆技术。采用自进式锚杆成孔后立即封孔，同时在水泥浆终凝前进行了二次高压注浆。实践证明经过上述措施后，大大提高了施工速度，砂层中锚杆施工涌砂量减少，锚杆抗拔力有了较大提高。 4 设计计算所用规范规程 建筑基坑支护技术规程 （JGJ 120-99） 建筑地基处理技术规范（JGJ 79—2002） 混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002） 钢结构设计规范 （GB 50017-2003） 建筑结构荷载规范 （GB 50009-2001）（2006版） 建筑地基基础工程施工质量验收规范 （GB 50202-2002） 混凝土结构工程施工及验收规范 （GB 50204-2002） 钢筋焊接及验收规程 （JGJ 18-2003） 地下工程防水技术规范 （GB 50108-2002）
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